26. Молекулярно-кинетическая теория явления переноса. Коэффициенты переноса и их зависимость от давления.

Если в газе существует пространственная неоднородность плотности, температуры при скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев газа, то происходит самопроизвольное выравнивание этих неоднородностей. В газе возникают потоки энергии, вещества, а также импульса упорядоченного движения частиц. Эти потоки, характерные для неравновесных состояний газа, являются физической основой особых процессов, объединенных под названием явления переноса.

Диффузией в простейшем случае называется явлением самопроизвольного взаимного проникновения и перемешивания частиц двух соприкасающихся газов (диффузия может происходить также в жидкостях и твёрдых телах). В химически чистых газах при постоянной температуре диффузия возникает вследствие неодинаковой плотности в различных частях объёма газа. Для смеси газов диффузия вызывается различием в концентрациях отдельных газов в разных частях объёма смеси. При постоянной температуре явление диффузии заключается в переносе массы газа из мест с большей концентрацией данного газа в места с меньшей его концентрацией.

Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика:

, где j_m – плотность потока массы – величина, определяемая массой вещества, диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси Ox, D – диффузия (коэффициент диффузии), dρ/dx – градиент плотности.

Коэффициент диффузии (D) - это физическая величина, численно равная удельному потоку массы при единичном градиенте плотности вещества.

Для идеальных газов: , где <V> - средняя арифметическая скорости молекул; - средняя длина свободного пробела молекул. Элементарная масса переносимая при диффузии через малую площадку площадиdS за бесконечно малый промежуток времени dt вычисляется по формуле: При равномерном изменении плотности масса диффундируемого вещества вычисляется по формуле:, где- масса вещества переносимого через плоскую поверхность конечных размеров площадьюза конечный интервал.

Коэффициент внутреннего трения () численно равен напряжению внутреннего трения при единичном градиенте скорости (Данный коэффициент ещё называют кинематическим коэффициентом вязкости).

Для идеальных газов , где- плотность газа.

При равномерном изменении скорости слоёв, между двумя соприкасающимися слоями возникает сила внутреннего трения равная: , где- площадь соприкосновения слоёв.

Коэффициент теплопроводности (К) – физическая величина, численно равная удельному потоку при единичном градиенте температуры. - градиент температуры вдоль оси х.

Физический смысл знака «-» в законе Фурье: Знак минус указывает на то, что перенос энергии в форме теплоты происходит в сторону убывания температуры.

Коэффициент теплопроводности для идеальных газов (однородных): , гдеR – газовая постоянная; i – число степеней свободы молекул данного газа.

Элементарное количество теплоты переносимое за время dt через малую площадку площадью вычисляется по формуле:

При равномерном изменении температуры вдоль оси x энергия, в форме теплоты переносимая газом за конечный промежуток времени через плоскую поверхность конечной площади, вычисляется по формуле:

()